JP2006261814A - ダイバーシチ受信方法及びダイバーシチ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に搭載したダイバーシチ受信装置において、移動速度によってパラメータの値を切替える
【解決手段】アンテナＡ１で受信された高周波は、乗算器２１において局部発振器１０の正弦波と乗ぜられて中間周波数信号に変換される。ＡＧＣ３０制御の可変アナログ増幅器３１により増幅し、Ａ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でデジタル複素信号として出力される。アンテナＡ２、Ａ３及びＡ４の受信信号も、同様に処理される。これらは重み係数演算器７０に入力され、各々加算器８０の出力との複素相関演算が行われる。重み係数演算器７０において用いられる、複素相関演算の積分区間長と、重み係数と更新の平滑化係数とは、パラメータ切替制御部６０により車速に応じて切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は移動体に搭載するダイバーシチ受信方法及び装置に関する。本発明は車両に搭載して地上波デジタルテレビ放送を受信する際に特に有効である。

地上波デジタルテレビ放送は、マルチキャリア変調であるＯＦＤＭが用いられるデジタル放送である。このＯＦＤＭの受信は、固定点においては高画質の画像等が容易に得られるが、移動体においては、マルチパスによる周波数フェージングが常時変動するため、ダイバーシチその他の技術の適用が検討されている。また、車両に搭載する場合は、車両が走行する道路での受信電力も変化する。実際、高層ビルのような障害物が近隣に少ない郊外では受信電力が大きく、都市部のビル街の路面を走行する場合、受信電力が小さい。

例えば下記特許文献１においては、ＯＦＤＭ復調後のダイバーシチ合成について、アンテナ素子を切替える技術が記載されている。
特開２００３−２８３４０５

本発明者らは、車両に搭載するＯＦＤＭ受信用ダイバーシチ受信装置の検討において、例えば自家用車のルーフ左前、右前、左後、右後の４点にアンテナを配置した際の、ダイバーシチ合成のための各種パラメータの最適値を検討した。そして、データの蓄積から、以下に示す通り、当該各種パラメータの値を車両の走行速度によって切り替えることが適切であるとの事実を発見し、本願発明を完成させた。即ち、本発明の目的は、ダイバーシチ受信において、移動体の高速走行時にも指向性制御の制御速度を向上させ、追従性を向上させることである。

請求項１に記載の発明は、複数のアンテナの受信信号に、各々重み係数を算出して乗じたのち加算して合成信号を得る、車両その他の移動体に搭載する受信装置のダイバーシチ受信方法であって、重み係数を算出するためのパラメータの値を複数個用意して、それらを移動体の移動速度に応じて切り替えて用いることを特徴とする。本発明は復調前にダイバーシチ合成を行うものである。

また、請求項２に記載の発明は、パラメータは、重み係数を更新する際の平滑化処理のための係数の大きさであることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、パラメータは、重み係数を計算するための相関演算の積分区間の長さであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、移動体の移動速度Ｖ₁及びＶ₂（Ｖ₁＜Ｖ₂）に対し、パラメータの２つの値を切り替えるものであって、移動速度Ｖ₁以下ではパラメータの第１の値を、移動速度Ｖ₂以上ではパラメータの第２の値を用い、第１の値を使用中である場合は、移動速度がＶ₁を超えたのちも移動速度がＶ₂に達するまでは当該第１の値を継続して使用し、第２の値を使用中である場合は、移動速度がＶ₂を下回ったのちも移動速度がＶ₁に達するまでは当該第２の値を継続して使用することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、複数のアンテナの受信信号に、各々重み係数を算出して乗じたのち加算して合成信号を得る、車両その他の移動体に搭載するダイバーシチ受信装置であって、パラメータを用いて重み係数を算出する重み係数演算部と、重み係数算出部に出力するパラメータの値を複数個記憶する記憶装置と、移動体の速度に応じて記憶装置に記憶されたパラメータの値を切替て出力するよう命令するパラメータ切替制御部とを有することを特徴とする。また、請求項６に記載の発明は、記憶装置に記憶されているパラメータの値は、重み係数を更新する際の平滑化処理のための係数の大きさ、及び／又は、重み係数を計算するための相関演算の積分区間の長さであることを特徴とする。

ダイバーシチ合成のための各種パラメータには、その最適値が移動体の移動速度によって変化するものがあることが見出された。ダイバーシチ合成の際には、複数個のアンテナからの信号を最大比合成などにより重み付け加算して合成信号を得るが、当該重み付けは、逐次これを更新して用いる。この時、更新前後で重み付け係数が大きく異ならないように、更新前の重み係数と、演算により求められた新たな重み係数とを加重平均して更新後の重み係数とすること（平滑化処理）も行われている。また、例えば（複素）相関演算を用い、例えば合成後の信号と各アンテナの受信信号の（複素）相関係数によって重み係数を決定することも行われている。

平滑化処理においては、演算により求められた新たな重み係数と更新前の重み係数とに、αと１−αとを乗じて加算する。ここにおいて０≦α≦１、通常は０＜α＜１である。このαの大きさの最適値は、移動体の移動速度によって異なることがデータから実証された。また、（複素）相関演算における積分区間長の最適値も、移動体の移動速度によって異なることがデータから実証された。よってこのような、移動体の移動速度によって最適値が異なるパラメータを、当該移動速度に応じて切り替えることで、より適切なダイバーシチ合成を行うことが可能となる（請求項１乃至３、５及び６）。

パラメータの値の切替には、ヒステリシスをもたせることで、パラメータの切替の頻度を抑制することが好ましい（請求項４）。

本発明を適用するダイバーシチ受信装置は、重み付け係数を逐次行使するものに適用される。合成方法は最大比合成、複素相関演算による複素係数を用いて各ブランチの位相を揃える等利得合成に適用できる。複素相関演算を用いれば、各ブランチの位相を揃えながら最大比合成を実施することもできる。演算により求められた新たな重み係数と更新前の重み係数とに、αと１−αとを乗じて加算する平滑化処理を用いる場合、０＜α＜１とする。αの値は設計により任意であるが、0.5以下が好ましい場合が多く、0.2以下が更に好ましい。（複素）相関演算による重み付け係数を算出する場合、当該相関演算の積分区間の値は設計により任意である。移動速度に対してヒステリシスを持たせてパラメータの値を切り替える場合、例えば一般道の最高走行速度をＶ₁、高速道路の走行速度をＶ₂とし、移動速度がＶ₁乃至Ｖ₂の範囲では、その範囲に入る直前のパラメータの値を使用し続けることで、パラメータの値の切り替え頻度を抑制すると良い。

図１は、本発明の具体的な一実施例にあたる、ダイバーシチ受信装置１００の構成を示すブロック図である。ダイバーシチ受信装置１００は、４つのアンテナを有し、ＯＦＤＭ信号を受信する装置の、ＦＦＴ及び誤り訂正等の信号処理部の前段におかれるものであり、車両に搭載されるものである。

ダイバーシチ受信装置１００の構成は、４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４と、各アンテナに対応して設けられた、乗算器（ダウンコンバータ）２１、２２、２３及び２４、可変アナログ増幅器３１、３２、３３及び３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４１、４２、４３及び４４、複素乗算器７１、７２、７３及び７４と、局部発振器１０、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）３０、直交復調部５０、パラメータ切替制御部６０、重み係数演算器７０及び加算器８０とから成る。請求項に言う記憶装置と重み係数演算部とを本実施例では重み係数演算器７０としているが、請求項に言う記憶装置とパラメータ切替制御部とを、パラメータ切替制御部６０として、パラメータ切替制御部６０から重み係数演算器にパラメータを出力させる構成としても良い。

ダイバーシチ受信装置１００における信号処理は以下の通りである。アンテナＡ１で受信された例えば５００ＭＨｚ帯域の高周波は、乗算器（ダウンコンバータ）２１において局部発振器１０の発する正弦波と乗ぜられて中間周波数信号（ＩＦ）に変換される。これをＡＧＣ３０により制御された可変アナログ増幅器３１により増幅してＡ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。尚、直交復調部５０の出力に応じて、ＡＧＣ３０が可変アナログ増幅器３１における増幅率を制御する。全く同様にアンテナＡ２、Ａ３及びＡ４の受信信号も、直交復調部５０からベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。図１では直交復調部５０を１個の装置として記載したが、デジタル発振器を共通とする４個の直交復調部を設けても良い。

直交復調部５０の出力である、４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、重み係数演算器７０に入力され、各々加算器８０の出力との複素相関演算が行われる。この結果から４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号の重み係数（複素数）が決定され、複素乗算器７１、７２、７３及び７４に各々出力される。複素乗算器７１、７２、７３及び７４では複素演算により信号処理がなされ、加算器８０に出力される。加算器８０では複素乗算器７１、７２、７３及び７４の出力の単純な加算を行い、後段の信号処理に出力される。

ここで、重み係数演算器７０において用いられる、複素相関演算の積分区間長と、重み係数と更新の平滑化係数とは、パラメータ切替制御部６０により車速に応じて切り替えられる。この切替について、本発明を完成するに至らしめたデータを次に示す。

以下、アナログ信号様に時刻をｔとして、説明する。デジタル処理でも同様であることは当然である。各アンテナＡｉ（ｉ＝１，２，３，４）に対応するブランチの複素信号をｆ_i(ｔ)、複素信号である合成信号をｇ(ｔ)とする。これらは、複素乗算器７ｉに出力される複素重み係数ｗ_iにより、ｇ(ｔ)＝Σｆ_iｗ_i(ｔ)の関係を有する。尚、Σはｉ＝１，２，３，４の合計である。

まず、複素相関演算により仮重み係数ｗ_i'は次のように算出される。尚、ｔ₀は積分開始の時刻、τは積分区間、ｋは実数である。

複素乗算器７ｉに出力される新たな複素重み係数ｗ_iは、この仮重み係数ｗ_i'と、更新前の複素乗算器７ｉに出力された複素重み係数ｗ_ioldとから、ｗ_i＝αｗ_i'＋(１−α)ｗ_ioldの関係式により算出される。平滑化係数αは、０≦α≦１、通常は０＜α＜１である。

図２．Ａは、時速８０ｋｍで走行中の場合のダイバーシチ受信装置１００の重み係数演算器７０における、複素相関演算の積分区間長（サンプル数）及び平滑化係数αに対する受信率の変化を示すグラフ図である。受信信号はＯＦＤＭ変調され、有効シンボル長は８１９２サンプルである。これに対し、積分区間長を２５６サンプル、１０２４サンプル、４０９６サンプルとした。これらは有効シンボルの１／３２、１／８及び１／２である。

図２．Ａに示す通り、平滑化係数αが0.1乃至0.5の場合、複素相関演算の積分区間長（サンプル数）が２５６サンプルの場合に受信率が比較的高く、αが1の場合は積分区間長が１０２４サンプルの場合に受信率が比較的高かった。

図２．Ｂは、時速６０ｋｍで走行中の場合の、図２．Ａ同様の受信率の変化を示すグラフ図である。図２．Ｂに示す通り、平滑化係数αが0.06乃至0.5の場合、複素相関演算の積分区間長（サンプル数）が１０２４サンプルの場合に受信率が比較的高く、αが1の場合は積分区間長が４０９６サンプルの場合に受信率が比較的高かった。

図２．Ａ及び図２．Ｂに示す通り、比較的高速である時速８０ｋｍの場合には、複素相関演算の積分区間長を短くし、平滑化係数αを大きくした方が受信率が高く、逆に比較的低速である時速６０ｋｍの場合には、複素相関演算の積分区間長を長くし、平滑化係数αを小さくした方が受信率が高いことが理解できる。

尚、パラメータの切替制御にヒステリシス特性を持たせると、パラメータ切替の頻度を抑制できる。例えば図３に示す通り、より遅い速度におけるパラメータとより速い速度におけるパラメータの切替について、移動速度に対して、Ｖ₁とＶ₂（Ｖ₁＜Ｖ₂）の２段の閾値を設ける。現在遅いパラメータを使用中である場合は、移動速度がＶ₂に達した、又はＶ₂を越えた以降に速いパラメータに切り替える。一方現在速いパラメータを使用中である場合は、移動速度がＶ₁まで減少した、又はＶ₁を下回った以降に遅いパラメータに切り替える。これにより、移動速度がＶ₁とＶ₂の範囲にある場合は、当該範囲に移動速度が変化した直前のパラメータを継続して使用するようにする。これにより移動速度がＶ₂を越えていた場合は移動速度がＶ₁を下回るまで「速いパラメータ」を継続して使用し、移動速度がＶ₁を下回っていた場合は移動速度がＶ₂を上回るまで「遅いパラメータ」を継続して使用することとなり、パラメータの切り換え頻度を抑制することができる。

図１の構成はハードウエアとして構成したが、ソフトウエア的に構成するものとしても良い。図４にソフトウエア的に構成する場合について、フローチャートを示す。図４でＳ１００は、以下の説明のステップ１００を示す。他のステップも同様に対応する。

図４．Ａは直交復調後の複素信号からダイバーシチ合成により合成信号を得るまでの全体を示したフローチャートである。まず、ステップ１００にて、車速Ｖを検出し、ステップ１０２に進む。ステップ１０２は後述する図４．Ｂのサブルーチンにて、パラメータを切り替える。ここで切り替えるパラメータは、平滑化係数αと、積分区間τである。尚、図４．Ｂのヒステリシスを持たせた切替でなく、車速Ｖから直ちに平滑化係数αと、積分区間τとを切り替える構成としても良い。

次にステップ１０４で、上述の式（１）により、複素相関演算を行う。次にステップ１０６にて、平滑化係数αを用いて平滑化処理を行う。次にステップ１０８でダイバーシチ合成を行う。

図４．Ｂは、図４．Ａのフローチャートのステップ１０２のサブルーチンの詳細である。図４．Ａ及び図４．Ｂには示していないが、車両の発進時は速度Ｖ＝０であるので、平滑化係数αと、積分区間τは、低速度の場合の値α₁とτ₁に設定されている。尚、高速度の場合の平滑化係数αと、積分区間τは、値α₂とτ₂であるものとする。０＜α₂＜α₁≦１であり、τ₂＜τ₁＜有効シンボル長であるものとする。

ステップ２００で、現在のパラメータの値を確認する。平滑化係数αと、積分区間τは、値α₁とτ₁の組又は値α₂とτ₂の組であるので、一方のみを確認する。平滑化係数αが高速度の値α₂である場合はステップ２０４に進み、そうでない場合、即ち低速度の値α₁出ある場合はステップ２０６に進む。

ステップ２０４では、速度ＶがＶ₁未満であるかどうかを確認する。速度ＶがＶ₁未満である場合はステップ２０８に進み、平滑化係数αと、積分区間τとを低速度の場合の値α₁とτ₁に置き換えて終了する。速度ＶがＶ₁以上である場合は、直ぐに終了する。

ステップ２０６では、速度ＶがＶ₂を上回っているかどうかを確認する。速度ＶがＶ₂を上回っている場合はステップ２１０に進み、平滑化係数αと、積分区間τとを高速度の場合の値α₂とτ₂に置き換えて終了する。速度ＶがＶ₂以下である場合は、直ぐに終了する。

〔変形例〕
本発明は様々な他のダイバーシチ合成手法と組み合わせることができる。例えば本発明者らによる特開平２００４−２２１８０８のように、各アンテナの受信信号を３帯域に分割して、各々の帯域ごとにダイバーシチ合成したのちそれらを位相を合わせて結合させる技術と、上記実施例を組み合わせても良い。

本発明は車両等において、地上波デジタルテレビ放送を受信するための装置に適用できる。

本発明の具体的な一実施例であるダイバーシチ受信装置１００の構成を示すブロック図。 図２．Ａは、時速８０ｋｍで走行中の場合のダイバーシチ受信装置１００の重み係数演算器７０における、複素相関演算の積分区間長（サンプル数）及び平滑化係数αに対する受信率の変化を示すグラフ図、図２．Ｂは、時速６０ｋｍで走行中の場合の、同様の受信率の変化を示すグラフ図。 ヒステリシス特性を持たせたパラメータの切替制御についての説明図。 ４．Ａは本発明をソフトウエア的に実施する場合のフローチャート、４．Ｂは４．Ａのステップ１０２でヒステリシスもたせる場合のサブルーチンのフローチャート。

符号の説明

１００：ダイバーシチ受信装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：アンテナ
１０：局部発振器
２１、２２、２３、２４：乗算器
３０：オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）
３１、３２、３３、３４：可変アナログ増幅器
４１、４２、４３、４４：アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５０：直交復調部
６０：パラメータ切替制御部
７０：重み係数演算器
７１、７２、７３、７４：複素乗算器
８０：加算器

Claims (6)

1. 複数のアンテナの受信信号に、各々重み係数を算出して乗じたのち加算して合成信号を得る、車両その他の移動体に搭載する受信装置のダイバーシチ受信方法であって、
   前記重み係数を算出するためのパラメータの値を複数個用意して、それらを移動体の移動速度に応じて切り替えて用いることを特徴とするダイバーシチ受信方法。
2. 前記パラメータは、重み係数を更新する際の平滑化処理のための係数の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のダイバーシチ受信方法。
3. 前記パラメータは、重み係数を計算するための相関演算の積分区間の長さであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイバーシチ受信方法。
4. 移動体の移動速度Ｖ₁及びＶ₂（Ｖ₁＜Ｖ₂）に対し、前記パラメータの２つの値を切り替えるものであって、
   移動速度Ｖ₁以下では前記パラメータの第１の値を、
   移動速度Ｖ₂以上では前記パラメータの第２の値を用い、
   前記第１の値を使用中である場合は、移動速度がＶ₁を超えたのちも移動速度がＶ₂に達するまでは当該第１の値を継続して使用し、
   前記第２の値を使用中である場合は、移動速度がＶ₂を下回ったのちも移動速度がＶ₁に達するまでは当該第２の値を継続して使用することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のダイバーシチ受信方法。
5. 複数のアンテナの受信信号に、各々重み係数を算出して乗じたのち加算して合成信号を得る、車両その他の移動体に搭載するダイバーシチ受信装置であって、
   パラメータを用いて前記重み係数を算出する重み係数演算部と、
   前記重み係数算出部に出力する前記パラメータの値を複数個記憶する記憶装置と、
   移動体の速度に応じて前記記憶装置に記憶されたパラメータの値を切替て出力するよう命令するパラメータ切替制御部と
   を有することを特徴とするダイバーシチ受信装置。
6. 前記記憶装置に記憶されているパラメータの値は、重み係数を更新する際の平滑化処理のための係数の大きさ及び／又は重み係数を計算するための相関演算の積分区間の長さであることを特徴とする請求項５に記載のダイバーシチ受信装置。